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2024 | Buch

Grundlegende Schiffsarchitektur

Schiffsstabilität

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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch vermittelt den Lesern ein Verständnis für die Grundlagen der Schiffsstabilität, wie sie im internationalen Recht verankert ist. Die Bewertung der Schiffsstabilität hat sich seit dem ersten SOLAS-Übereinkommen nach dem Untergang der RMS Titanic erheblich weiterentwickelt, und dieses Buch ermöglicht es den Lesern, sich mit der aktuellsten Methodik vertraut zu machen und einen Ausblick auf die Auswirkungen auf die Schiffskonstruktion in den nächsten fünfzig Jahren zu geben. Der Autor erläutert nicht nur die von der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) geforderte Methodik probabilistischer Schiffsschäden, sondern geht auch auf die neuen Anforderungen ein, die für die Bewertung bestimmter Schiffsgrößen und -klassen gemäß den sieben Anforderungen an die Schiffsstabilität der zweiten Generation gelten. Viele Lehrbücher, die derzeit von Studenten verwendet werden, konzentrieren sich auf den geometrisch-zentrierten deterministischen Ansatz zur Bewertung der Schiffsstabilität, während dieses Buch auch Material über die Schiffsklassen enthält, für die jetzt eine probabilistische Bewertung der Schiffsschäden erforderlich ist, wie sie erst kürzlich von der IMO beschlossen wurde.
Basic Naval Architecture: Ship Stability enthält aktuelle Informationen und ist daher ideal für Studenten der Meerestechnik und des Schiffswesens sowie für Studenten der Schiffbau- und Schiffswissenschaftskurse. Das Buch ist reich bebildert und enthält Kapitelstudien, die das Lernen erleichtern, und ist somit ein ideales einbändiges Lehrbuch für Studenten.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einführung in die Schiffbaukunst
Zusammenfassung
Transport ist eine ökonomische Aufgabe, die zusammen mit anderen Produktionstätigkeiten bei der Herstellung von Gütern und Dienstleistungen in der Wirtschaft dient. Wenn wir Produktion als die Schaffung von Nutzen definieren, d. h. die Qualität der Nützlichkeit, dann schafft der Transport den Nutzen von Ort und Zeit. Das heißt, Güter, die an einem Ort zu einer Zeit wenig oder gar keinen Nutzen haben, können an einem anderen Ort zu einer anderen Zeit sehr nützlich sein. Man muss natürlich berücksichtigen, dass einige Güter so alltäglich sind, dass sie fast überall vorhanden sind und durch ihren Transport wenig gewonnen werden kann. Andere Güter können einzigartig und wertvoll sein, so dass es lohnt, sie profitabel über große Entfernungen zu befördern. Dennoch können, wenn sich die Wirtschaftspolitik ändert, Marktschranken verschwinden und die Transportkosten sinken, selbst im ersteren Fall die Vorteile des Transports die Kosten der lokalen Produktion überwiegen.
Philip A. Wilson
Kapitel 2. Grundlegende Eigenschaften
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Konzepte des Trägheitsmoments und eines Kräftepaares eingeführt. Die Koordinaten des Schwerpunkts eines dreidimensionalen Gewichtssystems werden abgeleitet. Und durch eine typische Berechnung wird der Schwerpunkt eines Schiffs bestimmt.
Philip A. Wilson
Kapitel 3. Gleichgewichts- und Stabilitätskonzepte für schwimmende Körper
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden der hydrostatische Druck und das Archimedische Prinzip zusammenfassend dargestellt. Gleichgewichtsbedingungen für Gewichts- und Auftriebskräfte werden eingeführt. Das allgemeine Konzept der Stabilität wird definiert und stabiles, instabiles und neutrales Gleichgewicht sowie das Konzept der Stabilität für schwimmende und untergetauchte Schiffe werden veranschaulicht.
Philip A. Wilson
Kapitel 4. Berechnung von Volumen und Auftriebsschwerpunkten
Zusammenfassung
Um die Eigenschaften eines schwimmenden Körpers, wie eines Schiffs, zu untersuchen, ist es notwendig, das Verdrängungsvolumen und den Auftriebsschwerpunkt berechnen zu können. Um die Gewichte und Schwerpunkte einer Deckplatte oder einer Schottplatte zu berechnen, muss man die Fläche und den Flächenschwerpunkt einer Platte berechnen können, deren Umriss durch die Rumpfform definiert ist. Wir müssen in der Lage sein, Flächen und Flächenschwerpunkte einer gleichförmigen ebenen Schicht oder die Volumen und Volumenschwerpunkte eines gleichförmigen dreidimensionalen Festkörpers zu berechnen. Der zweite Prozess (Finden von Volumeneigenschaften) ist eine Erweiterung des ersten, und beide müssen Integrationen verwendet werden.
Philip A. Wilson
Kapitel 5. Weitere Anmerkungen zum Verdrängungsvolumen und Auftriebszentrum
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Verwendung eines unendlich schmalen Streifens und die anschließende Integration erweitert, um den Querschnittsbereich, die Schwimmfläche und den Zentroid (LCF) sowie das Verdrängungsvolumen LCB und VCB zu definieren. Es werden die Konzepte von kleinen Änderungen des Tiefgangs und der Trimmung und Neigung eingeführt. Die Bewegung des Auftriebsschwerpunkts bei kleinen Trimm- und Neigungswinkeln werden mithilfe der relevanten (ersten) Momente abgeleitet und Längs- und Quermomente zweiter Ordnung für verschiedene Formen definiert und illustriert. Das Parallelachsen-Theorem und die Positionen des transversalen und longitudinalen Metazentrums in Bezug auf VCB werden definiert.
Philip A. Wilson
Kapitel 6. Formeln für numerische Integration
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird der Bedarf an numerischer Integration zur Ermittlung von flächen- und volumenbezogenen Eigenschaften für Schiffe diskutiert: Trapez-, Simpsons erste bis dritte Regel werden abgeleitet. Ein Beispiel für die Anwendung von Simpsons erster Regel zur Berechnung einiger hydrostatischer Eigenschaften für ein typisches Schiff wird vorgeführt und die + 5, + 8, − 1 Regel wird abgeleitet und ihre Anwendungen diskutiert. 
Philip A. Wilson
Kapitel 7. Probleme mit Änderungen von Tiefgang und Trimmung
Zusammenfassung
Es gibt eine Vielzahl von praktischen Problemen, die Änderungen des Tiefgangs und der Trimmung betreffen, die man aber recht genau behandelt kann, indem man annimmt, dass diese Änderungen klein sind. Im folgenden Kapitel wird eine solche Analyse dargestellt.
Philip A. Wilson
Kapitel 8. Themen zur Anfangs-Querstabilität
Zusammenfassung
Im Folgenden wird zuerst die Querstabilität (d. h. die Stabilität bei Krängung/Rollbewegung) für Winkel behandelt, die so klein sind, dass die Wirkungslinie der Auftriebskraft durch das Quermetazentrum verläuft, ohne dass sich dieser verschiebt. Krängungswinkel können durch den Einfluss des Windes oder durch das Bewegen von Masse innerhalb des Schiffs, aber auch durch ähnliche Ursachen hervorgerufen werden. Diese führen zu einem Krängungsmoment auf dem Schiff, das im Gleichgewichtskrängungswinkel durch ein Moment ausgeglichen wird, das aus den Gewichts- und Auftriebskräften gebildet wird. 
Philip A. Wilson
Kapitel 9. Wandseitenformel und ihre Anwendungen
Zusammenfassung
Bisher wurde die Querstabilität nur für Kippwinkel bis zu, sagen wir \(5^{\circ }\)\(7^{\circ }\) in Betracht gezogen, für die vernünftigerweise angenommen werden kann, dass die Auftriebslinie durch den Quermetazentrum \(M_T\) wirkt. In diesem Abschnitt werden einfache Formeln betrachtet, die für jeden Krängungswinkel gelten, in dem die Abschnitte nahe der Wasserlinie fast senkrecht bleiben.
Philip A. Wilson
Kapitel 10. Großwinkelstabilität
Zusammenfassung
Die hydrostatische Stabilität eines Schiffs bei großen Kippwinkeln, möglicherweise bis zu einer vollständigen Umkehrung bei \(\varphi = 180\), wird normalerweise durch eine Kurve der aufrichtenden Hebel (\({ GZ}\)) als Funktion des Kippwinkels \(\varphi\) beschrieben. In diesem Kapitel werden Einflüsse verschiedener Parameter auf GZ diskutiert, eine Berechnungsmethode der Veränderung von GZ mit dem Kippwinkel erklärt, die dynamische Stabilität eingeführt und verschiedene Kriterien für die GZ-Kurve aufgelistet.
Philip A. Wilson
Kapitel 11. Schottenberechnungen
Zusammenfassung
Es ist wichtig, dass ein Schiff in der Lage ist, mindestens mäßige Beschädigungen zu überstehen, ohne zu sinken oder zu kentern. Schiffe sind normalerweise in ihrem Inneren in wasserdichte Abteilungen unterteilt, um das Ausmaß der Überschwemmung zu begrenzen, die nach strukturellen Schäden durch Kollision, Grundberührung oder Wetterbelastung entstehen. Während der Konstruktion des Schiffs werden Berechnungen durchgeführt, die dem Schiffsbauingenieur erlauben, die Hauptspanten so anzuordnen, dass die passenden Sicherheitsstandards ausreichend eingehalten werden und die Auswirkungen einer Überschwemmung einzelner Räume oder der Kombinationen von Räumen innerhalb eines Schiffs zu untersuchen. Bei bestimmten Schiffsklassen, hauptsächlich solchen, die Passagiere befördern, gibt es gesetzliche Anforderungen für gewisse Unterteilungsstandards. Für andere Schiffe besteht keine gesetzliche Notwendigkeit, solche Anforderungen zu erfüllen, aber die Schiffe dürfen bis zu einem größeren Tiefgang beladen werden, wenn sie es tun. Kriegsschiffe müssen offensichtlich sehr hohe Unterteilungsstandards erfüllen, um ihre militärische Rolle zu erfüllen. Freizeitboote sind ein Sonderfall, da häufig mit Schaum gefüllte Auftriebsräume verwendet werden, um sicherzustellen, dass das Boot Schäden übersteht. Dennoch sind Berechnungen immer noch erforderlich, um eine passende Anordnung solcher Auftriebsräume zu erhalten.
Philip A. Wilson
Kapitel 12. Stapellauf und Stapellaufberechnungen
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die grundlegenden Aspekte des Stapellaufs zusammengefasst. Die Grundlagen der Ablaufbahngeometrien werden diskutiert.  Und die Berechnungen zum Stapellauf werden beschrieben und grafisch veranschaulicht.  
Philip A. Wilson
Kapitel 13. Methoden zur Stabilitätsbewertung (deterministisch und probabilistisch)
Zusammenfassung
Eine von allen geteilte Forderung war die Verbesserung der Sicherheit auf See durch die Entwicklung international verbindlicher Vorschriften, die von allen Nationen, die Schiffe betreiben, befolgt und eingehalten werden. Seit Mitte des neunzehnten Jahrhunderts wurde - meist nach einer großen Schiffskatastrophe - eine Reihe von Verträgen, zum Beispiel der Merchant Shipping Act von 1854, ausgehandelt und beschlossen. Dies führte nach dem Untergang der Titanic im Jahr 1912 auf ihrer Jungfernfahrt von Großbritannien in die USA zunächst zur Verfassung der SOLAS-Konvention (Safety Of Life At Sea). Nach dieser Katastrophe und weiteren Entwicklungen erreichten mehrere Länder nach der Gründung der Vereinten Nationen, dass auf einer internationalen Konferenz in Genf im Jahr 1948 die Inter-Governmental Maritime Consultative Organisation (IMCO) angenommen wurde, die schließlich 1982 ihren Namen in International Maritime Organisation (IMO) änderte. Die IMCO-Konvention trat 1958 in Kraft, und die Organisation trat erstmals 1959 zusammen. Der Hauptsitz der IMO befindet sich im Zentrum von London.
Philip A. Wilson
Kapitel 14. Stabilitätsmethodik der zweiten Generation
Zusammenfassung
Seit der Wiedereinsetzung des Unter-Ausschusses für Stabilität und Ladungslinien und für die Sicherheit von Fischereifahrzeugen (SLF) bei der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO) im Jahr 2002 wurden neue Kriterien für eine intakte Stabilität entwickelt, um fünf spezielle Ausfallarten der Stabilität zu berücksichtigen (siehe [1]). Diese sind parametrisches Rollen, reiner Stabilitätsverlust in Heckwellen, Querlegen, Totalausfall des Schiffs und übermäßige Beschleunigung. Für jeden Ausfallmodus werden drei Stufen definiert, um die Verwundbarkeit des Schiffs mit einem stufenweise steigenden Genauigkeitsgrad bei der Vorhersage der Schiffsbewegung zu bewerten. Die erste Stufe zielt darauf ab, die konservativste zu sein und mit einfachen Mitteln wie einem Taschenrechner anwendbar zu sein. Die zweite Stufe könnte die Verwendung von Excel-Tabellen oder Codierungssoftware erfordern, während die dritte aus einer direkten Stabilitätsbewertung (DSA, engl. direct stability assessment) besteht, die durch die Verwendung von Software durchgeführt wird, die modernste Schiffsmodelle implementiert hat. Wir könnten auch eine eher statische Analyse auf der ersten Stufe beobachten, die sich auf der dritten Stufe zu einer völlig dynamischen Analyse entwickelt. Ein Schiff muss eines der drei Kriterien für jeden Ausfallmodus erfüllen. Wenn ein Schiff nach dem ersten Level als verwundbar eingestuft wird, dann wird die Überprüfung auf dem zweiten Level durchgeführt. Ein Schiff, das die Überprüfung auf dem zweiten Level nicht besteht, muss einer DSA unterzogen werden. Im Falle eines Schiffs, das immer noch als verwundbar angesehen wird, sollten betriebliche Anleitungen und/oder Einschränkungen angewendet werden. Abb. 1 zeigt ein zusammenfassendes Diagramm der Kriterien. Die neuen Kriterien werden durch Verweis in den SOLAS- und Load-Line-Konventionen für Passagier- und Frachtschiffe von 24 m oder mehr verpflichtend sein [2], und weitere Verbesserungen werden in Zukunft von der IMO vorgenommen werden.
Philip A. Wilson
Kapitel 15. Beispiele und Aufgaben
Zusammenfassung
1.
Ein Öltanker hat eine geformte Breite von \(39{,}5\,\text {m}\) mit einem geformten Tiefgang von \(12{,}75\,\text {m}\) und einer Mittschiffsfläche von \(496\,\text {m}^2\). Berechnen Sie den Mittschiffsflächenkoeffizienten \(C_m\).
[\(C_m = 0{,}9849\)]
 
2.
Finden Sie die Fläche der Wasserlinie eines Schiffes, das \(36\,\text {m}\) lang ist, \(6\,\text {m}\) Breite hat und einen Feinheitskoeffizienten von 0,8 hat.
[\(172{,}8\,\text {m}^2\)]
 
3.
Die folgenden Daten in Tab. 1 beziehen sich auf Schiffe aus der späten viktorianischen Ära. Die Einheiten sind in Fuß.
Berechnen Sie für jeden Schiffstyp \(\nabla , A_m, A_w\) in SI-Einheiten. Sie können \(1\,\text {ft} =0{,}3048\,\text {m}\) verwenden.
 
4.
Ein Schiff ist \(150\,\text {m}\) lang, mit einer Breite von \(20\,\text {m}\) und einer Beladungstiefe von \(8\,\text {m}\), Leichtgang \(3\,\text {m}\). Der Blockkoeffizient beträgt 0,788 für den Beladungstiefgang und 0,668 für den Leichtgang. Berechnen Sie die beiden verschiedenen Verdrängungen.
[\(18912\,\text {m}^3\), \(6012\,\text {m}^3\)]
 
5.
Ein Schiff \(100\,\text {m}\) lang, \(15\,\text {m}\) Breite und einer Tiefe von \(12\,\text {m}\) schwimmt auf ebenem Kiel mit einem Tiefgang von \(6\,\text {m}\) und einem Blockkoeffizienten von 0{,}800 in Standard-Salzwasser mit einer Dichte von \(1{,}025\,\text {t} . \text {m}^{-3}\). Finden Sie heraus, wie viel Ladung abgeladen werden muss, wenn das Schiff bei gleichem Tiefgang in Süßwasser schwimmen soll.
[180t]
 
6.
Ein Schiff von \(120\,\text {m}\) Länge, mit einer \(15\,\text {m}\) Breite, hat einen Blockkoeffizienten von 0,700 und schwimmt bei der Beladungstiefe von \(7\,\text {m}\) in Süßwasser. Wie viel zusätzliche Ladung kann geladen werden, wenn das Schiff bei dem gleichen Tiefgang, aber in Standarddichte-Meerwasser schwimmen soll \(1{,}025\,\text {t} . \text {m}^{-3}\)
[In Salzwasser \(9040{,}5\,\text {t}\) und in Süßwasser \(8820\,\text {t}\)]
 
7.
Ein allgemeines Frachtschiff mit den folgenden Spezifikationen; Länge zwischen den Loten, \(120\,\text {m}\), mittlere Breite \(20\,\text {m}\), Tiefgang \(8\,\text {m}\), Verdrängung \(\varDelta \) \( 14,000\,\text {t}\), mittlerer Flächenkoeffizient von 0,985 und Wasserflächenkoeffizient 0,808 soll um \(10\,\text {m}\) in der Mittschiffsposition verlängert werden. Berechnen Sie die neuen Werte für \(C_b\), \(C_w\), \(C_p\) und \(\varDelta \).
[\(C_b = 0{,}733, C_w = 0{,}823, C_p = 0{,}744\), \(\varDelta = 15620\,\text {t}\)]
 
Philip A. Wilson
Metadaten
Titel
Grundlegende Schiffsarchitektur
verfasst von
Philip A. Wilson
Copyright-Jahr
2024
Electronic ISBN
978-3-031-48245-8
Print ISBN
978-3-031-48244-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-031-48245-8

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.